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1 Dr. Antonio Barbadilla Tema 8 Expresión génica: traducción.

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1 1 Dr. Antonio Barbadilla Tema 8 Expresión génica: traducción

2 2 Dr. Antonio Barbadilla Objetivos tema 8 Expresión génica: traducción Deberán quedar bien claros los siguientes puntos: Ribosomas y RNA ribosómicos (rRNA) RNA de transferencia (tRNA) Traducción: Iniciación, Elongación y Termináción El código genético: degeneración, universalidad Redundancia y tambaleo Comparación de la traducción en procariotas y eucariotas Comparación entre replicación, transcripción y traducción Excepciones al dogma del flujo de la información Deberán quedar bien claros los siguientes puntos: Ribosomas y RNA ribosómicos (rRNA) RNA de transferencia (tRNA) Traducción: Iniciación, Elongación y Termináción El código genético: degeneración, universalidad Redundancia y tambaleo Comparación de la traducción en procariotas y eucariotas Comparación entre replicación, transcripción y traducción Excepciones al dogma del flujo de la información

3 3 Dr. Antonio Barbadilla Traducción Proceso por el que la secuencia de nucleótidos de un mRNA determina la estructura primaria de una proteína Aparato decodificador -> Secuencia primaria de polipéptido Ribosomas (rRNA + proteínas): lugar de síntesis tRNA: Portador de aminoácidos mRNA: Portador del mensaje cifrado Factores adicionales: IF, EF, RF, enlaces fosfatos Separación componentes mediantes centrifugación en gradiente de sacarosa (velocidad de sedimentación, S- Svedberg-) Proceso por el que la secuencia de nucleótidos de un mRNA determina la estructura primaria de una proteína Aparato decodificador -> Secuencia primaria de polipéptido Ribosomas (rRNA + proteínas): lugar de síntesis tRNA: Portador de aminoácidos mRNA: Portador del mensaje cifrado Factores adicionales: IF, EF, RF, enlaces fosfatos Separación componentes mediantes centrifugación en gradiente de sacarosa (velocidad de sedimentación, S- Svedberg-) 95% RNA total

4 4 Dr. Antonio Barbadilla Ribosoma

5 5 Dr. Antonio Barbadilla El movimiento browniano es la fuerza dominante en el contexto celular

6 6 Dr. Antonio Barbadilla Contexto celular

7 7 Dr. Antonio Barbadilla Ribosoma

8 8 Dr. Antonio Barbadilla Ribosoma

9 9 Dr. Antonio Barbadilla Traducción El Ribosoma: agregado macromolecular proteínas y rRNA (70S en procariotas y 80S en eucariotas) Dos subunidades: 50S con rRNA 23S y 5S (60S 5, 5,8 y 28 en eucariotas) Pequeña: 30S con rRNA 16S (40S y 18S en eucariotas) Las tres moléculas de rRNA de E. coli se encuentran en el mismo transcrito copias del gen que codifica rRNA. Se obtiene proporción 1:1:1 En eucariotas también se transcriben conjuntamente excepto rRNA 5S. D. melanogaster 130 copias rRNA genes en tándem cromosomas X e Y (el organizador nucleolar) que transcribe RNA pol I -> Nucleolo, mancha oscura núcleo eucariotas, lugar montaje ribosomas. Entre dos copias consecutivas hay DNA espaciador. El Ribosoma: agregado macromolecular proteínas y rRNA (70S en procariotas y 80S en eucariotas) Dos subunidades: 50S con rRNA 23S y 5S (60S 5, 5,8 y 28 en eucariotas) Pequeña: 30S con rRNA 16S (40S y 18S en eucariotas) Las tres moléculas de rRNA de E. coli se encuentran en el mismo transcrito copias del gen que codifica rRNA. Se obtiene proporción 1:1:1 En eucariotas también se transcriben conjuntamente excepto rRNA 5S. D. melanogaster 130 copias rRNA genes en tándem cromosomas X e Y (el organizador nucleolar) que transcribe RNA pol I -> Nucleolo, mancha oscura núcleo eucariotas, lugar montaje ribosomas. Entre dos copias consecutivas hay DNA espaciador.

10 10 Dr. Antonio Barbadilla Transcripción rRNA Nucleolo

11 11 Dr. Antonio Barbadilla Mensaje: Algunos genes codifican proteínas; otros genes especifican RNA (tRNA, rRNA, siRNA) como producto final. Luego, Un gen es una región de DNA que codifica RNA Mensaje: Algunos genes codifican proteínas; otros genes especifican RNA (tRNA, rRNA, siRNA) como producto final. Luego, Un gen es una región de DNA que codifica RNA

12 12 Dr. Antonio Barbadilla tRNA: la molécula adaptadora

13 13 Dr. Antonio Barbadilla tRNA Región específica (anticodón) que se une a mRNA (codón) tRNAs son muy semejantes. 80 nc. Bases raras. Lazoz T, lazo anticodón y lazo dihidroU Carga del aminoácido: Aminoacil tRNA, enlace ~ Aminoacil tRNA sintetasa específica para cada aa (20) ATP Unión aa extremo 3OH del tRNA Algunas tRNA reconoce > 1 codón: tambaleo Aa + ATP -> aa ~P – adenosina + tRNA -> aa~tRNA +adenosina+P Durante la síntesis se reconoce el tRNA (su anticodón) y no el aminoácido (Experimento de Chapeville) Región específica (anticodón) que se une a mRNA (codón) tRNAs son muy semejantes. 80 nc. Bases raras. Lazoz T, lazo anticodón y lazo dihidroU Carga del aminoácido: Aminoacil tRNA, enlace ~ Aminoacil tRNA sintetasa específica para cada aa (20) ATP Unión aa extremo 3OH del tRNA Algunas tRNA reconoce > 1 codón: tambaleo Aa + ATP -> aa ~P – adenosina + tRNA -> aa~tRNA +adenosina+P Durante la síntesis se reconoce el tRNA (su anticodón) y no el aminoácido (Experimento de Chapeville)

14 14 Dr. Antonio Barbadilla tRNA

15 15 Dr. Antonio Barbadilla tRNA

16 16 Dr. Antonio Barbadilla Aminoacil tRNA sintetasas

17 17 Dr. Antonio Barbadilla Nature 333, (12 May 1988) | doi: /333140a0; Accepted 14 April 1988 Ya-Ming Hou Paul Schimmel A simple structural feature is a major determinant of the identity of a transfer RNA Ya-Ming Hou & Paul Schimmel Analysis of a series of mutants of an Escherichia coli alanine transfer RNA shows that substitution of a single G-U base pair in the acceptor helix eliminates aminoacylation with alanine in vivo and in vitro. Introduction of that base pair into the analogous position of a cysteine and a phenylalanine transfer RNA confers upon each the ability to be aminoacylated with alanine. Thus, as little as a single base pair can direct an amino acid to a specific transfer RNA. ¿Qué es el segundo código genético? Second Genetic Code Deciphered, Solving a Protein Synthesis Puzzle

18 18 Dr. Antonio Barbadilla Traducción Iniciación N-formil metionina aminoácido inicial. Todas las proteínas tienen f-met en el extremo N-terminal (E. coli) 2tRNA met tRNA met, f -> reconoce AUG como codón inicial tRNA met, m-> reconoce codones AUG excepto incial Complejo de iniciación (requiere un GTP) Subunidad 30S + mRNA + tRNA Met f + 3 factores de iniciación IF1, IF2, IF3 Secuencia de Shine-Dalgarno: 16S rRNA (3) complementario mRNA (5). En eucariota la caperuza 5 (7 metil guanosina) Subunidad 50S se une al complejo Sitio A (aminoacil): entra nuevo tRNA Sitio P (peptidil): crecimiento cadena polipeptídica Sitio E (salida): salida tRNA desacilado Iniciación N-formil metionina aminoácido inicial. Todas las proteínas tienen f-met en el extremo N-terminal (E. coli) 2tRNA met tRNA met, f -> reconoce AUG como codón inicial tRNA met, m-> reconoce codones AUG excepto incial Complejo de iniciación (requiere un GTP) Subunidad 30S + mRNA + tRNA Met f + 3 factores de iniciación IF1, IF2, IF3 Secuencia de Shine-Dalgarno: 16S rRNA (3) complementario mRNA (5). En eucariota la caperuza 5 (7 metil guanosina) Subunidad 50S se une al complejo Sitio A (aminoacil): entra nuevo tRNA Sitio P (peptidil): crecimiento cadena polipeptídica Sitio E (salida): salida tRNA desacilado

19 19 Dr. Antonio Barbadilla El elemento Shine-Delgarno se encuentra en el extremo 5' del codón iniciador AUG en mRNAs policistrónicos de procariotas. El elementos es complementario a las secuencias presente cerca del extremo 3' del rRNA 16S del ribosoma procariótico.

20 20 Dr. Antonio Barbadilla

21 21 Dr. Antonio Barbadilla Traducción Elongación Segundo tRNA Reconocimiento mediante el enlace de hidrógeno codón- anticodón Requiere GTP + 2 factores de elongación (EF-Ts y EF- Tu) Formación enlace peptídico Peptidil transferasa: centro activo en 50S Extremo carboxil (enlace rico en energía) del aa en sitio P con extremo amino aa sitio A El tRNA vacío (sin aa) es el del sito P Translocación: Movimiento del ribosoma respecto mRNA de modo tRNA con cadena polipeptídica pasa sitio P, y sitio A quede vacío Requiere GTP, y factor EF-G (Translocasa) Elongación Segundo tRNA Reconocimiento mediante el enlace de hidrógeno codón- anticodón Requiere GTP + 2 factores de elongación (EF-Ts y EF- Tu) Formación enlace peptídico Peptidil transferasa: centro activo en 50S Extremo carboxil (enlace rico en energía) del aa en sitio P con extremo amino aa sitio A El tRNA vacío (sin aa) es el del sito P Translocación: Movimiento del ribosoma respecto mRNA de modo tRNA con cadena polipeptídica pasa sitio P, y sitio A quede vacío Requiere GTP, y factor EF-G (Translocasa)

22 22 Dr. Antonio Barbadilla

23 23 Dr. Antonio Barbadilla

24 24 Dr. Antonio Barbadilla

25 25 Dr. Antonio Barbadilla Traducción Terminación Codón sin sentido No codifica ningún aminoácido UAG (Ambar), UAA (Ocre), UGA (Opal) Factor de liberación o terminación (RF) y un GTP -> Liberan la proteína del ribosoma Disociación del ribosoma Terminación Codón sin sentido No codifica ningún aminoácido UAG (Ambar), UAA (Ocre), UGA (Opal) Factor de liberación o terminación (RF) y un GTP -> Liberan la proteína del ribosoma Disociación del ribosoma

26 26 Dr. Antonio Barbadilla

27 27 Dr. Antonio Barbadilla Animación

28 28 Dr. Antonio Barbadilla Resumen Requiere mucha energía (90%) Un enlace peptídico requiere: 2 ATP carga 2 tRNA, 1 GTP (tRNA en sitio A), 1GTP (translocación) Procariotas: Acoplamiento transcripción – traducción Más de un gen por mRNA: mensajeros policistrónicos. Vel síntesis: 300 aa/20 segundos Eucariotas: No acoplamiento, mensajeros no policistrónicos. Vel síntesis: 30 aa/2,5 minutos Muchos ribosomas se encuentran en un mRNA (polisoma o poliribosoma) Proteínas de membrana: péptido señal Aminoácidos N-terminal (10-20) + partícula reconocimiento señal (SRP) Se une ribosoma a una proteína de atraque de la membrana Eliminación del péptido señal Resumen Requiere mucha energía (90%) Un enlace peptídico requiere: 2 ATP carga 2 tRNA, 1 GTP (tRNA en sitio A), 1GTP (translocación) Procariotas: Acoplamiento transcripción – traducción Más de un gen por mRNA: mensajeros policistrónicos. Vel síntesis: 300 aa/20 segundos Eucariotas: No acoplamiento, mensajeros no policistrónicos. Vel síntesis: 30 aa/2,5 minutos Muchos ribosomas se encuentran en un mRNA (polisoma o poliribosoma) Proteínas de membrana: péptido señal Aminoácidos N-terminal (10-20) + partícula reconocimiento señal (SRP) Se une ribosoma a una proteína de atraque de la membrana Eliminación del péptido señal Traducción

29 29 Dr. Antonio Barbadilla

30 30 Dr. Antonio Barbadilla Poliribosoma

31 31 Dr. Antonio Barbadilla Código genético Número bases por aa 3 bases (triplete) / aa mínimo para la síntesis de 20 aa Experimento de Crick en gen rII fago T4 tratado mutágeno proflavina (añade o quita un nc) -> mutación de desplazamiento pauta lectura: +1 y luego -1, restablece una mutación +3 ó -3 también Solapamiento y puntuación Mutaciones conocidas (p.e., Hb S) solo cambian un aa mRNA virus necrosis tabaco codones justos para la síntesis de la proteína de membrana Descifrado del código (Ochoa, Nirenberg) mRNA sintético in vitro enzima polinucleótido fosforilasa poliU->Fenilalanina Proporciones conocidas de nucleótidos Uso de codones sintéticos en pruebas de unión Número bases por aa 3 bases (triplete) / aa mínimo para la síntesis de 20 aa Experimento de Crick en gen rII fago T4 tratado mutágeno proflavina (añade o quita un nc) -> mutación de desplazamiento pauta lectura: +1 y luego -1, restablece una mutación +3 ó -3 también Solapamiento y puntuación Mutaciones conocidas (p.e., Hb S) solo cambian un aa mRNA virus necrosis tabaco codones justos para la síntesis de la proteína de membrana Descifrado del código (Ochoa, Nirenberg) mRNA sintético in vitro enzima polinucleótido fosforilasa poliU->Fenilalanina Proporciones conocidas de nucleótidos Uso de codones sintéticos en pruebas de unión

32 32 Dr. Antonio Barbadilla Código genético

33 33 Dr. Antonio Barbadilla Código genético

34 34 Dr. Antonio Barbadilla Código genético

35 35 Dr. Antonio Barbadilla Código genético Código es degenerado: varios codones determinan el mismo aminoácido Familias no compartidas de codones (8) GUX 3ª base no importa Familias compartidas de codones Número de tRNA 50 Algunos anticodones deben reconocer más de un codón 61/20 ~ 3,5 Hipótesis del tambaleo (Crick): El apareamiento de la 3ª base del codón no es rígido Código es degenerado: varios codones determinan el mismo aminoácido Familias no compartidas de codones (8) GUX 3ª base no importa Familias compartidas de codones Número de tRNA 50 Algunos anticodones deben reconocer más de un codón 61/20 ~ 3,5 Hipótesis del tambaleo (Crick): El apareamiento de la 3ª base del codón no es rígido

36 36 Dr. Antonio Barbadilla Código genético Hipótesis del tambaleo (Crick): El apareamiento de la 3ª base del codón no es rígido Hipótesis del tambaleo (Crick): El apareamiento de la 3ª base del codón no es rígido

37 37 Dr. Antonio Barbadilla Código genético Hipótesis del tambaleo (Crick): El apareamiento de la 3ª base del codón no es rígido Hipótesis del tambaleo (Crick): El apareamiento de la 3ª base del codón no es rígido Extremo 5 del anticodón Extremo 3 del codón G C o U C Sólo G A Sólo U U A o G I U, C o A tRNA isoaceptores Anticodón Codón tRNA Ser 1 UCG + tambaleo UCC UCU tRNA Ser 2 AGU + tambaleo UCA UCG tRNA Ser 3 UCG + tambaleo AGC AGU

38 38 Dr. Antonio Barbadilla Código genético Universalidad del código La inmensa mayoría de organismos usan el mismo código Mitocondrias U en sitio tambaleo en tRNA pueden aparear con todas las bases. Reducción del número de tRNAs a 24 CUX: leu, no thr; UGA: trp, no stop Otros organismos leen codones stops Universalidad del código La inmensa mayoría de organismos usan el mismo código Mitocondrias U en sitio tambaleo en tRNA pueden aparear con todas las bases. Reducción del número de tRNAs a 24 CUX: leu, no thr; UGA: trp, no stop Otros organismos leen codones stops

39 39 Dr. Antonio Barbadilla El dogma central revisado

40 40 Dr. Antonio Barbadilla Diferencia entre replicación y transcripción por un lado y traducción por el otro En el primer paso del flujo de la información, de DNA a DNA o DNA a RNA, el lenguaje es lineal y biyectivo, y por lo tanto reversible (como lo muestra la existencia del fenómeno de retrotranscripción, pero el paso de RNA a proteína es irreversible. El código es degenerado y la proteína adquiere, conforme se traduce, una estructura no lineal, tridimensional

41 41 Dr. Antonio Barbadilla rRNA Database DNA, RNA, protein Image Library of Biological Macromolecules - DNA DNA berkeley Image Library of Biological Macromolecules - DNA DNA berkeley DNA Learning Center Beginner's guide to Molecular Biology Glosario de Genética molecular Central Dogma Animación de la traducción Links de interés


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